En ny proces i kvælstofkredsløbet | VG3

Projecter »

En ny proces i kvælstofkredsløbet

For mindre end 20 år siden beskrev forskerne også en helt ny proces inden for kvælstofkredsløbet.

fig6.jpg

For mindre end 20 år siden beskrev forskerne også en helt ny proces inden for kvælstofkredsløbet. I et hollandsk renseanlæg opdagede man først i 1990’erne, at ammonium, NH4+, forsvandt under iltfrie forhold. Det burde ikke kunne lade sig gøre med de hidtil kendte bakterielle processer. Nærmere undersøgelser viste, at ammonium blev omdannet med nitrit i en proces, man døbte anammox (anaerob ammonium oxidation):

Anammox: NH4+ + NO2- → N2 + 2H2O

fig3.jpg

Det var meget svært at isolere bakterierne, der står bag processen, og man skulle helt frem til 1999, før de blev beskrevet, se figuren.

En særling
Bakterierne hører til en helt speciel gruppe bakterier, Planctomyceter, som er beslægtet med Klamydia og har en del særheder. Bakterierne indeholder bl.a. hydrazin, N2H4, der er kendt som raketbrændstof og som den gas, der eksploderer i airbags. Gassen hydrazin smutter normalt gennem en almindelig cellemembran. Men bakterierne, der laver anammox, har udviklet nogle indvendige membranomsluttede gastætte beholdere, de såkaldte anammoxo-somer. Væggene (membraner) på disse beholdere består af nogle specielle fedtstoffer, der hedder ladderaner.

fig4.jpg

Det er ringe af fire kulstofatomer sat sammen så de ligner der ligner en stige, deraf navnet (på engelsk hedder en stige ’ladder’). Disse danner en usædvanlig tæt membran, der holder på det hydrazin, som er et mellemprodukt i anammoxreaktionen, og som derfor gør processen mulig. Cellerne har også andre underlige membransystemer og har deres DNA samlet i noget der minder om en cellekerne, se figuren.

Anammox bakterierne vokser meget langsomt, og man regnede dermed ikke med, at de havde nogen særlig stor betydning i naturen, selv efter de var fundet. Processens betydning i naturen blev faktisk opdaget ved en tilfældighed: Ved nogle eksperimenter med havbunden fra Norske Rende i den dybe del af Skagerrak kom en af forskerne ved en fejl til at tilsætte nitrat til et af forsøgene (sikken et fjols). Pludselig ser de, at ammonium bliver brugt og N2 dannet. Det viser sig at være anammox, og forskerne fandt for første gang ud af, at anammox betød meget for N2 produktion i havbunden på større dybder.

Med den opdagelse var det relevant at undersøge, hvor vigtig anammox-processen er i iltsvindszonerne, og de selv samme forskere har netop derfor været med på Galathea ekspeditionen.

Og undersøgelserne gav et meget overraskende resultat: Alle de steder, hvor forskerne undersøgte processerne, dvs. hele vejen fra chilenske Antofagasta i syd til peruanske Callao tættere på ækvator, var det anammox-bakterierne der stod for langt den største del af N2-produktionen, mens de denitrificerende bakterier kun bidrog en smule i nogle enkelte målinger.

fig6.jpg

Det lader altså til, at lærebøgerne skal skrives om, da man i mange år er gået ud fra, at det er de denitrificerende bakterier, der står for den betydningsfulde fjernelse af bundet kvælstof i iltsvindszonerne. Figuren viser en kvælstofkredsløbet i opdateret version.

Men samtidigt med den nye viden rejser undersøgelserne også nye spørgsmål. For hvordan kan det være, at anammox-bakterierne klarer sig så godt og de denitrificerende så dårligt? Og gælder dette billede også i andre iltfattige zoner? Forskerne er derfor stadig på jagt efter ny viden, der kan udbygge forståelsen af det globale kvælstofkredsløb.

Baggrund

I det følgende kan du læse mere om, hvad der kendetegner det iltfattige hav ud for Perus kyst.

Iltfattige zoner

Iltfattige zoner i både Danmark og ved Chile. Lær her om forholdene de forskellige steder.

Foraminifere – skalbærende dyr

Foraminiferer er encellede organismer, der dominerer de organismer, der lever i en iltfri havbund.

Eukaryoter der ånder med nitrat

Det har længe været en gåde, hvordan foraminifererne klarer sig på havbunden, når der næsten ingen ilt er.

Foraminiferer og denitrifikation

Foraminiferer, der laver denitrifikation, bærer et lager af nitrat inde i deres celle.

Kvælstofkredsløbet

Alle levende organismer har brug for kvælstof, som indgår i vigtige cellebestanddele som proteiner og nukleinsyrer (DNA og RNA).

Kvælstoffets vej fra luft til land og vand

Den ene af de to største puljer af kvælstof på Jorden er bundet som ammonium i klipper og i havbunden.

Op i luften igen

Det er overraskende, at puljen af kvælstof i oceanerne er så lille (mindre end 0.01% af kvælstofpuljen i atmosfæren).

En ny proces i kvælstofkredsløbet

For mindre end 20 år siden beskrev forskerne også en helt ny proces inden for kvælstofkredsløbet.